无线电高度表模拟器校准规范

JJF

中华人民共和国国家计量技术规范

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无线电高度表模拟器校准规范

CalibrationSpecificationofRadioAltimeterSimulator

（征求意见稿）

201X-XX-XX发布201X-XX-XX实施

国家市场监督管理总局发布

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无线电高度表模拟器校准规范

1范围

本校准规范适用于无线电高度表模拟器的校准。

2概述

无线电高度表模拟器（以下简称高度表模拟器）是一种模拟飞行器飞行高度的仪器，

通过内部器件的时延和衰减对飞行高度和路径衰减进行模拟等效，用于高度表的示值误差

的校验。

高度表模拟器有两种结构形式。一种以长电缆为核心部件，通常也称为高度表模拟器。

高度表模拟器以电缆的时延和衰减对高度进行模拟，具有较小的时延和衰减，可模拟较低

的飞行高度；另一种以声表面波延迟线及衰减器为核心部件，通常也称为等效高度模拟器，

具有较大的等效高度和衰减，可模拟较高的飞行高度。

3计量特性

3.1频率

频率范围：4GHz~4.4GHz

3.2等效高度

等效高度范围：（0.03~6000）m（时延范围：200ps~40μs）

最大允许误差：±（0.02~300）m（时延最大允许误差：±（133ps~2μs））

3.3衰减

衰减范围：（0~120）dB

最大允许误差：±（0.5~3）dB

注：以上技术指标不作合格性判定，仅提供参考。

4校准条件

4.1校准环境条件

环境温度：23C5C；

相对湿度：≤80%；

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供电电源：电压220（110％）V，频率（501）Hz；

其它：周围无影响校准系统正常工作的机械振动和电磁干扰。

4.2校准用设备

4.2.1矢量网络分析仪

a)频率范围：4GHz~4.4GHz；

b)相位测量范围：-180°~180°；

c)相位测量不确定度：U=0.2°~0.5°，(k=2)；

d)传输幅度测量范围：(0~70)dB；

e)传输幅度测量不确定度：U=0.1dB~1dB，(k=2)；

4.2.2测量接收机

a)频率范围：4GHz~4.4GHz；

b)衰减测量范围：0dB～120dB；

c)衰减测量不确定度：U=0.1dB~1dB（k=2）。

4.2.3信号源

a)频率范围：4GHz~4.4GHz；

b)稳幅输出电平：≥-10dBm。

5校准项目和校准方法

5.1校准项目

校准项目见表1。

表1校准项目表

序号校准项目名称条款

1外观及工作正常性检查5.2.1

2等效高度及时延5.2.2

3衰减5.2.3

5.2校准方法

5.2.1外观及工作正常性检查

被校高度表模拟器应有说明书、全部配套附件；外观应完好，各输入输出端口、按键

等调节正常，不应有影响电气性能的机械损伤。

5.2.2等效高度及时延

a).依照说明书要求预热矢量网络分析仪。

2

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矢矢矢矢矢矢矢

矢矢矢

矢矢矢矢矢

图1时延校准框图

b).复位网络分析仪。将网络分析仪设置为扫频模式，选择测量参数为【S21】或【S12】。

c).按被校高度表模拟器要求设置网络分析仪起始频率f1、终止频率f2和扫描点数N。

为了使相邻测量频点的相位差小于180°，参数设置应满足如下关系式：

l

N2(ff)1（1）

c21

式中：

N——扫描点数；

l——高度表模拟器的标称等效高度；

f1——网络分析仪起始频率；

f2——网络分析仪终止频率；

c——光速。

d).设置网络分析仪的中频带宽和测量点数（通常中频带宽设置为100Hz）；网络分析

仪的扫描时间的设置应满足如下关系式：

T

st

N1DUT

式中：

Ts——网络分析仪扫描时间；

tDUT——高度表模拟器的标称时延；

N——扫描点数。

e).进行传输频响校准或全二端口校准。

f).设置显示格式为【Groupdelay】，按图1在测试端口1和测试端口2之间连接被校

高度表模拟器。

g).读取各校准频率上的时延测量结果t，并将结果记录在附录表A.1相应的表格内。

h).按公式（1）计算等效高度H，记录在附录表A.2相应的表格内。

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1

H(ct)（1）

2

式中：

H——等效高度，单位m；

c——光速，单位m/s；

t——时延，单位s。

5.2.3衰减

5.2.3.1矢量网络分析仪法[注]

a).按照5.2.2.1a）~e）步骤设置网络分析仪。

矢量网络分析仪

高度表

模拟器

图2矢量网络分析仪法衰减量校准

b).设置矢量网络分析仪显示格式为对数幅度。

c).如图2所示，将被校高度表模拟器待测端口接于矢量网络分析仪的两校准端口之

间。

d).读取各校准频率上的测量结果，并将结果记录在附录表A.3相应的表格内。

e).如被校高度表模拟器有其它衰减挡位或衰减通道，更换至下一挡位或通道后，重

复d)的操作步骤，直到完成所有挡位或通道的衰减量校准。

注：用网络分析仪法校准衰减，衰减测量范围为（0~70）dB。

5.2.3.2测量接收机法

a).按图3连接仪器。

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共时基

信号源测量接收机

高度表模拟器

直通

图3测量接收机法校准系统框图

b).信号源输出信号直接连接至测量接收机输入端口构成直通状态。

c).设置信号源的频率f，测量接收机工作在调谐电平测量模式，调节信号源的输出功

率电平，使测量接收机工作于线性测量段，再将衰减测量显示置成0dB。

d).将被校高度表模拟器的输入接信号源输出端口，输出接测量接收机，待测量接收

机的读数稳定后，将读数A记录在表A.3中。

e).如被校高度表模拟器有其它衰减挡位或衰减通道，更换至下一挡位或通道后，重

复d)的操作步骤，进行不同档位或不同通道衰减量校准，并将所得结果记录在表A.3中。

f).改变频率，重复b)到e)的操作步骤，并将所得结果记录在表A.3中。

6校准结果表达

高度表模拟器校准后，出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息:

a).标题：“校准证书”；

b).实验室名称和地址；

c).进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；

d).证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；

e).客户的名称和地址；

f).被校对象的描述和明确标识；

g).进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明对象的接收日

期；

h).如果与校准结果的有效性应用有关时，应对被校对象的抽样程序进行说明；

i).校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；

j).本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；

k).校准环境的描述；

l).校准结果及其测量不确定度的说明；

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m).对校准规范的偏离的说明；

n).校准证书签发人的签名、职务或等效标识；

o).校准结果仅对被校对象有效的说明；

p).未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。

7复校时间间隔

复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定，推荐为一年。

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附录A

原始记录内页格式

表A.1高度表模拟器时延校准结果

频率标称值测得值U(k=2)

(GHz)（ns）(ns)(ns)

4.2……

4.3……

4.4……

表A.2高度表模拟器等效高度校准结果

频率标称值测得值U(k=2)

(GHz)（m）(m)(m)

4.2……

4.3……

4.4……

表A.3高度表模拟器衰减量校准结果

频率标称值测得值U(k=2)

(GHz)（dB）(dB)(dB)

4.2……

4.3……

4.4……

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附录B

校准证书内页格式

一、仪器外观检查情况：正常

二、时延

频率标称值测得值U(k=2)

(GHz)（ns）(ns)(ns)

4.2……

4.3……

4.4……

三、等效高度

频率标称值测得值U(k=2)

(GHz)（m）(m)(m)

4.2……

4.3……

4.4……

四、衰减

频率标称值测得值U(k=2)

(GHz)（dB）(dB)(dB)

4.2……

4.3……

4.4……

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附录C

测量不确定度评定示例

C.1.时延测量结果不确定度评定

C.1.1.数学模型

tT(C.1)

式中：t为被测件的时延；

T为网络分析仪上群时延的读数。

C.1.2.不确定度来源

根据网络分析仪群时延测量原理，群时延读数、相位、频率窗口间的数学关系为：

T12(C.2)

360(ff12)

式中：φ1为矢量网络分析仪在频率窗口的起始频率f1测得的相位值；

φ2为矢量网络分析仪在频率窗口的终止频率f2测得的相位值；

f1为平滑后频率窗口的起始频率；

f2为平滑后频率窗口的终止频率。

由此分析，网络分析仪时延测量不确定度来源主要有：

1）网络分析仪测量相位不准引入的标准不确定度分量u1、u2;

2）频率窗口平滑对时延引入的不确定度u3;

3）测量重复性引入的不确定度uA。

C.1.3.标准不确定度评定

1）网络分析仪测量相位不准引入的标准不确定度分量u1、u2

矢量网络分析仪校准证书中给出的相位测量的不确定度为U=0.5°，（k=2），则相位测

量引入的不确定度u1、u2=0.25°

2）频率窗口平滑对时延引入的不确定度u3

由于频率窗口平滑对时延引入的最大允差为±[100ps+(1%～1.5%)×tr]，这里tr为被测件

的时延量，本实例中tr=13.38ns。服从均匀分布，则u3=58ps+0.6%×tr=138.28ps

3）测量重复性引入的不确定度uA

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测量重复性引入的不确定度分量按照A类方法进行评定，重复测量10次，其测量结

果如表C.1所示。其引入的标准不确定度分量为：

n2

xxi

uS()xi1(C.3)

An(n1)

表C.1重复性测量数据单位：ns

频率(GHz)12345678910

4.313.4113.3613.3213.4113.3813.4813.3913.3313.3713.35

实验标准偏差：s=0.15

C.1.4.标准不确定度一览表

表C.4合成标准不确定度一览表

不确定度分量来源评定方法分布k值标准不确定度

u1网络分析仪测量相位B类20.25°

u2网络分析仪测量相位B类20.25°

u3频率窗口平滑影响B类均匀3138ps

uA测量重复性A类————150ps

C.1.5.合成标准不确定度

在被测高度表模拟器的频率窗口为500kHz时测量时延，则f1-f2=500kHz。对公式(C.1)

利用不确定度传播率公式计算合成标准不确定度，u1、u2之间为正相关，与u3、uA不相关，

灵敏系数c1、c2为：

1-12

c1=c2==5.5×10(C.4)

360500106

则，合成标准不确定度为：

222

ucA()c1u1c2u2u3u=0.23ns(C.5)

C.1.6.扩展不确定度

取扩展因子k=2，则扩展不确定度为：

Ukuc0.46ns(C.6)

C.2.等效高度测量结果不确定度评定

C.2.1.数学模型

1

H(ct)(C.7)

2

式中：

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H——等效高度，单位m；

c——光速，单位m/s；

t——时延，单位s。

C.2.2.扩展不确定度

由于等效高度由测得的时延计算而来，根据公式（C.7），等效高度的测量不确定度UH

与时延的测量不确定度Ut之间的关系为：

1

UH(cUt)(C.8)

2

根据上述时延测量不确定度Ut=0.46ns，计算得到等效高度测量不确定度UH=0.14m。

C.3.衰减量测量结果不确定度评定

C.3.1.网络分析仪法

网络分析仪法采用网络分析仪直接测量被校高度表模拟器的衰减量。以使用网络分析

仪对高度表模拟器的60dB的衰减量进行校准为例，进行不确定度评定。

LLm(C.9)

式中：

L——被校高度表模拟器的衰减量，dB；

Lm——矢量网络分析仪测被校件的插入损耗，dB。

C.3.1.1不确定度来源

1）网络分析仪测量不准引入的标准不确定度分量u1；

）测量重复性引入的标准不确定度分量。

2uA

C.3.1.2标准不确定度评定

1）网络分析仪测量不准引入的标准不确定度分量；

网络分析仪测量不准引入的标准不确定度分量按B类评定，由网络分析仪技术指标值，

网络分析仪校准不确定度U小于0.20dB，取k=2，则

U0.20

udB0.10dB(C.10)

1k2

该不确定度分量转换为线性分量为2.3293%

2）测量重复性引入的标准不确定度分量uA

测量重复性引入的标准不确定度分量按A类评定，重复测量10次，其测量结果如表

C.2所示。

由公式计算得到测量重复性引入的标准不确定度分量为：

usAn0.04dB(C.11)

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表C.2重复性测量数据单位：dB

频率(GHz)12345678910

4.260.7260.8160.8360.7660.7460.8260.8160.7760.7260.82

实验标准偏差：s=0.04

该不确定度分量转换为线性分量为0.93%

C.3.1.3标准不确定度一览表

表C.3合成标准不确定度一览表

不确定度分量来源评定方法分布k值标准不确定度

u(Ls)矢量网络分析仪B类22.33%

u(LD1)测量重复性A类————0.93%

C.3.1.4合成标准不确定度

将上述各分量的线性分量进行不确定度合成

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ucu1Au2.51%(C.12)

再根据衰减表述习惯转换为对数，得到合成标准不确定度u

c=0.10dB

C.3.1.5扩展不确定度

取扩展因子k=2，则扩展不确定度为Ukuc=0.20dB

C.3.2.测量接收机法

C.3.2.1测量方法

测量接收机法系统采用测量接收机直接测量被校高度表模拟器的衰减量。以使用测量

接收机FSMR对高度表模拟器的120dB的衰减量进行校准为例，进行不确定度评定。

C.3.2.2不确定度来源

不确定度来源有以下4项：

(1)测量接收机引入的不确定度分量u1；

(2)噪声与泄漏引入的不确定度分量u2；

(3)失配引入的不确定度分量u3；

(4)重复性引入的不确定度分量u4。

C.3.2.3标准不确定度评定

C.3.2.3.1测量接收机引入的标准不确定度u1

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根据仪器说明书，当被校衰减量为120dB时，测量接收机的相对电平的线性度的最大

允许误差为±0.075dB，服从均匀分布，则标准不确定度为:

u10.075dB/30.043dB(C.13)

该不确定度分量转换为线性分量为0.995%

C.3.2.3.2噪声与泄漏引入的标准不确定度u2

当系统连好后，随着被校衰减量的增大，信号电平降低，则噪声与泄漏误差增加。当

被校衰减量为120dB时，a=0.4dB，服从均匀分布，则：

u20.4dB/30.23dB(C.14)

该不确定度分量转换为线性分量为5.439%

C.3.2.3.3失配引入的标准不确定度u3

源端和负载端的电压驻波比均小于1.50，则GL0.2，被高度表模拟器的输入和

输出电压驻波比均为1.5，所以：

''''''

SS11220SS11220.2

A120

''''''20206

SS21121SS1221101010

ss1221L

1s110.4

1s22L

''ss1221L

1s110.2

1s22L

A8.69'''S'S"(dB)(C.15)

m11G2222L

Am±0.7dB

其分布为反正弦分布，包含因子k2，所以由失配引入的标准不确定度

u3=a/k=0.7/2=0.5dB(C.16)

该不确定度分量转换为线性分量为12.202%

C.3.2.3.4测量重复性引入的不确定度u4

使用测量接收机进行n（n=10）次测量，测量结果见表C.4所示。

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